Nederlandse samenvatting Breaking Barriers: bloed-hersenbarrière veranderingen in capillaire cerebrale amyloïd angiopathie en de ziekte van Alzheimer De ziekte van Alzheimer De ziekte van Alzheimer (AD) is een irreversibele, progressieve hersenaandoening die langzaam het geheugen en denkvermogen en uiteindelijk het zelfs het vermogen om eenvoudige taken uit te voeren, aantast. AD is de meest voorkomende oorzaak van dementie onder oudere personen. Dementie is het verlies van cognitief handelen denken, herinneren en redeneren. Het leidt onder meer tot gedragsveranderingen, en heeft sterke invloed op het dagelijks leven en dagelijkse activiteiten. Hoewel de oorzaak of oorzaken van AD nog niet volledig duidelijk zijn, is het gevolg van AD in de hersenen overduidelijk. AD beschadigt en vernietigt hersencellen (neuronen). Een door AD aangetast brein telt veel minder cellen en veel minder verbindingen tussen de overgebleven hersencellen dan een gezond brein. Door het voortschrijdende verlies van neuronen, zorgt AD voor significante krimpt van de hersenen. Wanneer doktoren hersenmateriaal van een AD patiënt onder een microscoop bekijken, zien ze drie soorten afwijkingen, die de typische kenmerken van AD worden genoemd: Kluwen (tangles). Hersencellen zijn afhankelijk van een intern ondersteuning- en transportsysteem, dat essentiële bouwstenen en voedingsstoffen door de uitgestrekte axonen van de neuronen kan transporteren. Dit systeem staat of valt bij het goed functioneren van het eiwit tau. In de neuronen van een door AD aangetast brein binden lange slierten van dit eiwit samen tot een kluwen, waardoor het transportsysteem in de cel tot stilstand komt. Dit falen van het transportsysteem wordt sterk in verband gebracht met de afname van het aantal hersencellen bij AD. Eiwit ophopingen (amyloïde plaques). De samenklontering van het eiwit beta-amyloid kan hersencellen op meerdere manieren beschadigen en vernietigen, ondermeer door het verstoren van de communicatie tussen de cellen. Hoewel de uiteindelijke oorzaak van het afsterven van hersencellen bij AD niet bekend is, is de ophoping van beta-amyloid één van de meest voornaamste verdachten. 223
Eiwit ophoping in de vaatwand (vascular amyloid deposits). Staat ook wel bekend als cerebrale amyloïde angiopathie (CAA) en is de ophoping van beta-amyloid op de wanden van de bloedvaten in de hersenen. Er kunnen twee vormen van CAA worden beschreven: CAA type 1 wordt gekarakteriseerd door de eiwit ophoping in capillairen en wordt daarom vaak capillaire CAA (capcaa) genoemd. CapCAA komt voor in 51% van alle AD gevallen en correleert met de ernst van de dementie; CAA type 2 wordt gekarakteriseerd door beta-amyloid ophopingen in de grotere bloedvaten. De amyloïde ophopingen vergroten de kans dat de aangetaste vaten slecht functioneren en verhogen daarmee de kans op hersenbloedingen en tasten de functionaliteit van de bloed-hersen barrière (BBB) aan. Amyloïde ophoping Een verminderde klaring van beta-amyloid uit de hersenen via de bloedvaten en/of een verhoogde terugstroom van beta-amyloid vanuit de perifere vaten leidt tot een verhoogd niveau van beta-amyloid in het hersenweefsel het parenchym als plaques en rondom de hersenvaten, als CAA. Bij pathofysiologische concentraties vormt beta-amyloid neurotoxische oligomeren en aggregeert op zichzelf verder wat uiteindelijk leidt tot CAA en parenchymale plaques. Omdat de klaring een cruciale rol speelt in de handhaving van beta-amyloid concentraties in de hersenen, en daarmee in de formatie van plaques en CAA, kan het feitelijke transport van het eiwit over de bloed-hersen barrière een hoofdrol spelen in de pathologische cascade welke leidt tot AD. De bloed-hersen barrière De bloed-hersen barrière (BBB) is de scheiding tussen het circulerende bloed en de hersenen dier ervoor zorgt dat de hersenen een sterk gereguleerd (micro-)milieu kan onderhouden, hetgeen noodzakelijk is voor efficiënte neurotransmissie. De BBB is semi-permeabel; wat wil zeggen dat het sommige stoffen doorlaat, terwijl het andere stoffen selectief de toegang weigert. In de meeste weefsels in het lichaam zijn de kleinste bloedvaten, de capillairen, omgeven door endotheel cellen met kleine openingen fenestrae tussen de cellen. Door deze openingen kunnen (voedings-) stoffen eenvoudig de bloedvaten in en uit. Echter, in de hersenen zijn deze fenestrae afwezig en sluiten de endotheelcellen strak op elkaar aan. Ze vormen een zogenaamd tight junction, waardoor stoffen niet zomaar de bloedvaten uit kunnen gaan. Ont- 224
wrichting van de BBB is een gemeenschappelijk kenmerk van vrijwel alle neurodegeneratieve stoornissen en kan zo, samen met neuronale inflammatie, gezien worden als één van de belangrijkste componenten in het proces van neurodegeneratie. Omdat in capcaa beta-amyloid aggregeert op de vaatwanden, op het grensvlak van de hersenen en de bloedsomloop, daar waar beta-amyloid juist uit de hersenen verwijdert dient te worden, is de rol van capcaa op de werking en integriteit van de BBB en daarmee samenhangend de klaring van beta-amyloid, van bijzonder belang in het begrijpen van de pathofysiologie van AD. Doelstellingen De aanwezigheid van uitgebreide capcaa onderscheidt een subgroep van AD gevallen met weinig tot geen parenchymale plaques, waarvan de eigenschappen en kenmerken in dit proefschrift zijn onderzocht en beschreven. Identificatie van differentieel tot expressie gebrachte eiwitten in klinische gevallen met capcaa pathologie, zou specifiek inzicht kunnen geven in de achterliggende moleculaire mechanismes welke leiden tot de verstoorde klaring van beta-amyloid over de BBB. Tevens kunnen hierdoor specifieke bio-markers geidentificeerd worden voor capcaa. Gezien de centrale rol van de vasculaire en BBB compartimenten in de regulatie van beta-amyloid klaring is het doel van de studies, zoals beschreven in dit proefschrift, het onderzoeken en beschrijven van de rol van beta-amyloid transport eiwitten, evenals de expressie van specifieke BBB/endotheel eiwitten in de ADCAA hersenen en het uitzoeken van de vermeende rol van CAA in de ontwikkeling van de AD pathologie. Hiertoe is mijn proefschrift gericht op de vasculaire veranderingen welke plaats vinden in de capillaire vorm van CAA. Op zowel de gemeenschappelijke als de onderscheidende eigenschappen met klassiek AD, op de eiwitten welke een rol spelen in het transport van beta-amyloid over de BBB, waaronder amyloid-beta transporters en amyloid geassocieerde eiwitten, en een aantal eiwitten welke een significante rol kunnen spelen bij de algemene homeostase en onderhoud van de vasculaire endotheel en BBB compartimenten. Voor het uiteindelijke doel van dit proefschrift zijn de volgende algemene doelstellingen geformuleerd: - Beschrijf de neuropathologische eigenschappen van capcaa, en de gemeenschappelijke en onderscheidende eigenschappen met klassiek AD. 225
- Onderzoek de veranderingen aan de BBB in capcaa en diens achterliggende pathologische trajecten. Hoofdstuk 2 beschrijft de pathologische eigenschappen van capcaa, de relatie tussen amyloïde afzettingen in capcaa, CAA en parenchymale plaques en de verspreidingspatronen van neurofibrillaire veranderingen, inflammatoire markers en ApoE rondom amyloïde laesies. Om de differentiële eiwit expressie tussen AD en capcaa in de hersenen te bestuderen, wordt in Hoofdstuk 3 een proteomics studie beschreven. We hebben verschillende eiwitten geïdentificeerd welke specifiek meer tot expressie komen in capcaa, hetgeen vervolgens verder onderzocht is middels immunohistochemische technieken. We hebben de expressie onderzocht van de eiwitten laminin, clusterin en SAP en van de activatie van het complement systeem in capcaa en AD hersenen. Zowel laminin, clusterin, SAP en de complement eiwitten colocaliseren met beta-amyloid aggregaten in CAA en capcaa hersenweefsel. Opvallend is dat we een sterkere colocalisatie aantroffen met de vasculaire beta-amyloid afzetting in vergelijking met de parenchymale ophopingen in AD hersenen. Hoofdstuk 4. We onderzochten BBB veranderingen in capcaa met de nadruk op de veranderingen in de tight junction (TJ) alsmede tekenen van neuronale inflammatie. We hebben aangetoond dat beta-amyloid schadelijk is voor de endotheel cellen in de hersenen via de binding aan RAGE en de daaropvolgende oxidatieve stress, wat uiteindelijk leidt tot verstoring van de TJs en verlies van BBB integriteit, wat zichtbaar is door de aanwezigheid van fibrinogeen in capcaa weefsel. De expressie en functie van ABC transporters is mogelijk cruciaal in de ontwikkeling van AD en capcaa. We laten in Hoofdstuk 5 zien dat P-gp en BCRP minder sterk tot expressie komen in capcaa, maar niet minder in AD, en dat beta-amyloid en clusterin invloed hebben op de mate van expressie van P-gp. Dit speelt mogelijk een cruciale rol in de ontwikkeling van verschillende amyloïde afzettingen. Samenvatting CapCAA is een afzonderlijke entiteit die subgroepen van zowel CAA en AD identificeert en de bijbehorende pathogenese is specifiek geassocieerd met een verminderde klaring van beta-amyloid bij de BBB. CapCAA heeft een significante invloed op de BBB, tast zijn integriteit 226
en functie aan en draagt daarmee bij aan een verstoorde homeostase van het verouderende brein. We hebben hier aangetoond dat hoewel capcaa en AD een aantal gemeenschappelijke pathologische kenmerken delen, verscheidende eiwitten wel degelijk verschillend zijn ontregeld. Eiwitten die specifiek meer of juist minder tot expressie komen in capcaa (en niet in AD) tonen mogelijke veranderde pathogene cascades aan. Dit zou kunnen verklaren waarom beta-amyloid aggregeert rond de hersenvaten in plaats van in het brein parenchym, zoals bij AD. Verder zouden de eiwitten, waarvan aangetoont is dat ze duidelijk anders tot expressie komen in capcaa ten opzichte van AD, gebruikt kunnen worden voor de ontwikkeling van biomarkers voor de differentiele diagnose van capcaa bij nog in leven zijnde patiënten. 227